12개 회사와 4개의 기술 기관이 수년간의 작업 끝에 Ethernet-APL 사양을 개발했다. 시장에는 첫 번째 장치가 출시되었고, 2024년에는 더 많은 제품이 출시될 예정이다. 이는 ‘현장 이더넷’ 주제를 자세히 살펴볼 좋은 이유가 된다. Ethernet-APL 네트워크를 계획하는 방법은 무엇일까? 필요한 것은 무엇이 있을까? 그리고 폭발 보호와 본질 안전과는 어떻게 작동할까? 좋은 소식은 처음에는 낯설어 보일 수 있지만, 많은 부분이 훨씬 더 간단해질 것이다.

또 ACHEMA 2022는 APL 작업 그룹의 종료를 의미하고, 공정 플랜트에서 Ethernet-APL을 사용하기 위한 공식 출발점을 알리는 기념비적 사건이다. 사양이 작성되었고 FieldComm Group, ODVA, OPC Foundation 및 PROFIBUS+PROFINET International의 네 가지 기술 기관이 이를 유지하고 업데이트할 책임을 맡았다. 2022년 말에는 NAMUR APL 전담 조직이 설립되어 이 새로운 기술을 회원들 및 더 넓은 청중에게 홍보하고, 미래의 플랜트에서 고정된 구성 요소로 자리잡도록 노력하고 있다. NAMUR APL 전담 조직은 ZVEI 회원 회사들로부터 지원을 받고 있다.

Ethernet-APL은 처음으로 위험 지역의 필드 장치까지 지속적인 이더넷 접근을 가능케 한다. Ethernet -APL은 IEEE에 따라 국제적으로 표준화된 10BASE -T1L 2선 이더넷을 기반으로 하며, 공정 자동화에서의 사용을 위한 확장과 폭발 보호를 위한 본질 안전을 포함하고 있다. 지속적인 이더넷 인프라는 계획, 커미셔닝 및 문제 해결에서 많은 이점을 제공한다. NAMUR Open Architecture(NOA) 또는 Open Process Automation Standard(O-PASTM)와 같은 새로운 개념이나 변화 및 수정도 오늘날의 비동질적 설치보다 훨씬 빠르고 유연하게 구현될 수 있다.

필드 스위치 – 핵심 구성 요소

Ethernet-APL 세그먼트는 전통적인 필드버스 설치만큼 복잡하지 않다. 계획자, 통합자 및 설치 기술자들이 처음부터 지원받을 수 있도록, 기술 사양과 동시에 계획 및 배선 관련 측면뿐만 아니라 폭발 보호를 다룬 엔지니어링 가이드가 작성되었다.

Ethernet-APL 네트워크를 설정하고 필드 장치를 연결하기 위해 필드 스위치가 필요하다. 필드 스위치는 모든 이더넷 설치에 필요한 스위치이다. 데이터 스트림을 분배하고 연결하는 것 외에도 Ethernet-APL을 위한 추가 기능을 수행한다. 필드 장치에 본질적으로 안전한 보조 전원을 공급한다. 스퍼를 사용하여 전원을 공급하며, 각 스퍼는 200m로 제한되어 필드 스위치에서 필드 장치까지의 설치 영역을 제한한다. 공급업체에 따라 필드 스위치는 제어실, Zone 2 및 Zone 1에 설치될 수 있어 필드 스위치와 필드 장치 간의 거리를 크게 줄일 수 있다.

설치를 간소화하고 다양한 변형 수를 제한하기 위해 포트 분류가 도입되었다. 현재 두 가지 전력 클래스가 있다. Type A는 0.54W의 전력을 제공하며, ‘ia’ 본질 안전을 가지고 있어 Zone 0 및 Zone 1 필드 장치에 적합하다. Type C는 1.11W의 전력을 제공하며 ‘ic’ 본질 안전을 지원하여 Zone 2 필드 장치에 지정되어 있다. Zone 0 및 Zone 1에서 더 많은 전력을 제공하기 위해 1.17W와 ‘ia’ 본질 안전을 가진 Type B 포트에 대한 계획이 개발되고 있다.

Ethernet-APL과 본질 안전은 더 이상 복잡하지 않아

네트워크 기술을 이해하는 것이 일부 사용자에게 도전이 될 수 있지만, Ethernet-APL의 본질 안전 검증은 전통적인 설치보다 훨씬 쉽다. 이더넷은 본질적으로 포인트 투 포인트 또는 포트 투 포트 연결이다. Ethernet-APL도 마찬가지다. 하나의 전원 공급 장치가 정의된 케이블을 통해 정확히 하나의 전원 부하에 연결된다. 이러한 조건 하에서, IEC 60079-25 ‘본질 안전 전기 시스템’에 근거하여 모든 상호 연결 가능한 장치에 일반 Ex i 검증을 수행할 수 있다.

모든 사용자 또는 계획자가 검증을 직접 수행할 필요가 없도록, Ethernet-APL 작업 그룹은 DEKRA 시험과 함께 이 검증의 청사진을 제공했다. 이를 기반으로 IECEx 팀은 IEC TS 60079-47 ‘2선 본질 안전 이더넷 개념에 의한 장비 보호(2-WISE)’를 개발했다. 장치 제조업체는 IEC TS 표준을 사용하여 APL 개발을 ATEX 및 IECEx에 따라 인증 받을 수 있다. 사용자 및 계획자는 다음 사항을 참고 바란다. 모든 사용 장치가 2-WISE에 따라 인증되었고, EC Type Examination Certificate와 장치 자체에 라벨이 붙어 있다면, 호환 가능한 전력 클래스의 상호 연결은 본질 안전이 보장된다. 그러나 장치가 요구되는 폭발성 분위기와 상호 연결되는 포트가 올바른 보호 유형(ia, ib 또는 ic)을 갖추었는지 확인하는 것은 여전히 필요하다. 복잡한 계산이나 케이블 치수가 필요하지 않다. Ex i 검증은 폭발 보호 문서에 적절히 문서화되어야 하며, 기본 개요 표의 형태로 제공된다. 다음 단계는 Ethernet-APL 필드 스위치를 상위 네트워크에 통합하는 것이다.

별형 토폴로지와 트렁크-스퍼 토폴로지

Ethernet-APL은 본질적으로 두 가지 설치 옵션을 제공한다. 첫째, 이더넷에 일반적으로 사용되는 별형 토폴로지로 Ethernet-APL을 설치할 수 있다. 이는 필드 스위치가 100BASE-TX와 같은 4선 이더넷에 직접 연결된다는 것을 의미한다. 선형 및 링 토폴로지 모두 가능하며, 일반적인 CAT 케이블을 사용하는 이더넷 세그먼트는 토폴로지에서 최대 100m 길이까지 허용된다. 대부분의 필드 스위치가 지원하는 광섬유를 사용하면 더 긴 거리도 지원할 수 있다. 별형 토폴로지의 경우, 각 필드 스위치에는 별도의 전원 공급 장치가 필요하다. Zone 1에 설치된 필드 스위치는 인증된 터미널을 통해 4선 이더넷 네트워크에 연결되며, 일반적인 RJ45 연결은 Zone 2 또는 안전 지역에서만 허용된다. 실험적 테스트 결과, 별형 토폴로지는 제어 시스템에 최대 250개의 필드 장치를 문제 없이 연결할 수 있다.

대안으로는 필드버스 애플리케이션에서 익숙한 트렁크-스퍼 기술을 사용할 수 있다. 100BASE-TX 또는 100BASE-FX 네트워크의 네트워크 전환은 전원 스위치를 통해 이루어지며, 스위치 역시 보조 전원 공급이 필요하다. 전원 스위치는 4선 네트워크를 2선 네트워크로 변환하고, 트렁크 라인을 통해 전체 하위 Ethernet-APL 네트워크에 전력을 공급한다. 이는 연결된 필드 스위치가 트렁크로부터 전력을 공급받아 필드 장치에 본질적으로 안전한 전원을 공급함을 의미한다. Zone 1에서 연결에는 증가된 안전성이 사용된다. 트렁크의 각 세그먼트는 최대 1000m 길이까지 가능하다. 그러나 트렁크에서의 전압 강하로 인해, 네트워크당 약 50~60개의 필드 장치에만 전력을 공급할 수 있다. 이로 인해 넓은 지역에 분산된 설치에는 심층 네트워크 엔지니어링이 필요하다. 결과적으로 토폴로지는 거리와 필드 장치 수 사이의 타협이 될 수 있다.

Ethernet-APL의 또 다른 장점은 필드버스 설치에 사용된 Type A 케이블(IEC 61158-2)을 계속 사용할 수 있다는 것이다. 필드버스 Type A 케이블은 Ethernet -APL의 차폐, 케이블 길이, 단면적 및 ‘2-WISE’ 폭발 보호와 관련된 정확한 요구 사항을 충족한다. 따라서 첫 번째 선택이다. 대안으로, 품질이 낮은 케이블도 사용할 수 있다. Ethernet-APL 엔지니어링 가이드는 이에 대한 추가 지원을 한다. 연결 유형에 대한 검증된 방법을 신뢰할 수 있다. 나사 단자 또는 스프링 클램프 단자 등.

결 론

Ethernet-APL은 계획, 설치 및 폭발 보호 측면에서 많은 것을 간단하게 만들어 주는 솔루션이 개발되었다. 특히 통합 진단 기능을 갖춘 Ethernet-APL 필드 스위치는 기업 내 네트워크 모니터링을 지원한다. 이게 전부가 아니다. 처리 시스템의 디지털화에 대한 새로운 가능성이 열리고 있다. 시스템이 더 복잡해진다는 것은 부인할 수 없지만, Ethernet-APL을 통해 극복할 수 있다.
 

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